JP7203276B2 - メチル化されたdnaの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築する方法及びキット - Google Patents

メチル化されたdnaの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築する方法及びキット Download PDF

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Description

本発明は、遺伝子シーケンシング分野に関し、具体的に、メチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築する方法及キットに関する。
DNAメチル化はエピジェネティックな調節修飾であり、塩基配列を変えることなく、タンパク質合成の調節に関与する。人間にとって、DNAメチル化は非常に巧妙な化学修飾であり、肉親の心配、体の老化、喫煙、アルコール依存症、さらには肥満さえも、メチル化によってゲノムに忠実に記録される。ゲノムは日記のようなもので、メチル化は、人体の経験を記録する文字として使用される。DNAメチル化は重要なエピジェネティックマーカー情報であり、全ゲノム範囲内のすべてのCサイトのメチル化レベルデータを取得することは、エピジェネティックの時空間特異性の研究にとって重要な意味がある。次世代のハイスループットシーケンシングプラットフォームに基づいて、全ゲノムのDNAメチル化レベルマップを描き、特定の種の高精度なメチル化修飾パターンの分析を行うことは、エピゲノミクス研究において画期的な重要性を持ち、細胞分化や組織発生などの基本的なメカニズムの研究、動植物の育種、人間の健康や病気の研究の基礎を築くことは確実である。
全ゲノムメチル化シーケンシングWGBS(Whole Genome Bisulfite Sequencing)、即ち全ゲノムバイサルファイトシーケンシングは、生物学的メチル化を研究するために最も一般的に使用される手段であり、すべてのメチル化サイトをカバーすることができ、より包括的なメチル化プロファイルを取得することができる。しかし、ハイスループットシーケンシングでは多くの課題に直面している。1、バイサルファイト処理はDNAを一本鎖にし、深刻な損傷を引き起こす。2、バイサルファイト処理後の非メチル化C塩基はU塩基に変換され、ゲノム全体のGC含有量が極端に変化するため、後続の増幅が極めて大きな偏りを引き起こす。3、ライブラリー構築にはマイクログラムレベルの開始DNAが必要であり、微量のDNAに対する非常に効果的なライブラリーの構築方法は困難である。臨床試験とある特定の研究に対して、全ゲノムメチル化シーケンシング操作は複雑であり、且つコストが高すぎるため、ターゲットを絞ったメチル化シーケンシング技術を使用すると、これらの問題を効果的に解決できる。
ターゲットを絞ったメチル化シーケンシング技術は、プローブキャプチャーとマルチPCRベースのシーケンシング技術に分けられることができ、プローブキャプチャーの場合、高い開始量が要求され、血漿無細胞DNAなどの一部の微量サンプルに対して、キャプチャが困難であり、プローブキャプチャープローブの設計と操作プロセスが複雑すぎ、検出周期が長く、コストが高くなる。DNA重亜硫酸塩処理に基づくマルチPCRは、要求される開始量が低く、操作が簡単であり、感度が高いが、該技術にはさらなる改善が必要である。
本発明は、関連技術における技術的問題の1つを少なくともある程度解決することを目的としている。このため、本発明の1つの目的は、メチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築する方法、システム及び応用を提供することである。本発明による方法を通じてメチル化されたDNAのサンプルの標的領域に対してライブラリーを構築し、ライブラリー構築プロセス中に、メチル化されたDNAのサンプルの1つの鎖のみを増幅し、ライブラリーを構築する。特異的プライマーとユニバーサルプライマーを設計することによって増幅し、目的の産物を取得し、プライマーダイマーの問題を効果的に解決する。同時に、複数の特異的プライマーを使用して同じメチル化されたDNAテンプレートの標的領域を増幅し、増幅の特異性を確保することができる。
本発明の発明者は、研究中に、DNA重亜硫酸塩処理に基づくマルチPCRは、操作が簡単であり、感度が高いが、技術的要件が高いことに気づいた。マイクロドロップ技術を使用して単一分子BS-PCRを行うことは、約9000のターゲットを検出できることが以前に報告されているが、開始量が高く、2μgのDNAが必要である。2015年、Lu Wenなどの研究者は、CpGアイランドの特徴的な配列をプライマー結合サイトとして巧みに利用し、PCR技術に基づくMCTA-seqを開発し、大量のCpGアイランド領域のメチル化信号を同時に検出できるようになった。該技術は非常に感度が高く、7.5 pgのgDNAを検出できるが、MCTA-seqは固定CGI Panelに似ており、ターゲットを絞ったシーケンシングプラットフォームとして、柔軟性がわずかに不十分である。このため、要求される開始量が低く、柔軟性が強いターゲットを絞ったメチル化技術は、将来のターゲットを絞ったメチル化の発展方向である。
発明者は、如何にしてスーパーマルチターゲット増幅を効果的に実行するかが主なボトルネックであることを研究を通じて発見しており、数万のゲノム増幅サブシーケンシングの開発も非常に挑戦的な作業であり、Bisulfite変換後の配列のマルチメチル化PCRは言うまでもなく、主にPCRプロセス中に深刻なプライマーダイマーが形成されるためである。重亜硫酸塩処理後のDNAのマルチPCRを行うプロセス中に、DNAが重亜硫酸塩処理された後、非メチル化シトシンがウラシルに変換され、ゲノム内のほとんどのシトシンが非メチル化されているため、配列のほとんどの塩基は前のA/T/C/GからA/T/Gに変更される。従来のPCRでは、一方のプライマーはプラス鎖用に設計され、もう一方は相補鎖用に設計されるため、PCRに使用される一方の鎖はATGに富む配列であり、もう一方の鎖はATCに富む配列であり、このような「天然相補」のプライマー配列はプライマーダイマーを容易に形成することができる。プライマーのペア数が増えると、プライマーダイマーの形成も急激に増加し、マルチPCRプロセス中に、プライマーダイマーの生成により多すぎるプライマーが使い果たされ、マルチPCRが失敗してしまう。このため、重亜硫酸塩のマルチPCRの問題を解決するには、プライマーがプライマーダイマーを形成しやすい問題を先に解決する必要がある。
プライマーダイマーの問題に対して、発明者は一方向のプライマー増幅方法を創造的に発明した。DNAテンプレートの2本の鎖のうちの一方の鎖のみに対して特異的プライマーを設計し、すべての特異的プライマーにはATGまたはATCのみが含まれ、これらのプライマーが互いにプライマーダイマーを形成することは困難である。これらの一方向の特異的プライマーといくつかの固定ユニバーサルプライマーを介して増幅し、目的の産物を取得し、プライマーダイマーの問題を効果的に解決することができる。
具体的に、本発明は、以下のような技術案を提供する。
本発明の第1の態様によれば、本発明は、メチル化されたDNAの標的領域に基づくシーケンシングライブラリーの構築方法を提供し、前記方法は、(1)前記メチル化されたDNAのサンプルに基づいて、前記メチル化されたDNAのサンプルの少なくとも一端にユニバーサル配列を接続し、重亜硫酸水素塩でDNAのサンプルを処理して、変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するステップと、(2)第1の特異的プライマーと第1のユニバーサルプライマーを用いて前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルに対して第1の増幅を行い、第1の増幅産物を取得するステップであって、前記第1の特異的プライマーは前記標的領域の上流に位置し、前記第1のユニバーサルプライマーは前記ユニバーサル配列と少なくとも部分的にマッチするかまたは重なり、前記ユニバーサル配列は標的領域の下流に位置するステップと、(3)第2の特異的プライマー、第2のユニバーサルプライマー及びラベルプライマーを使用して前記第1の増幅産物に対して第2の増幅を行い、第2の増幅産物を取得し、シーケンシングライブラリーを得るステップを含み、ここで、前記第2の特異的プライマーは前記第1の特異的プライマーの下流と前記標的領域の上流に位置し、前記第2のユニバーサルプライマーは前記第2の特異的プライマーの少なくとも一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーにラベル配列が含まれ、前記ラベルプライマーは前記第1のユニバーサルプライマーの一部の配列に重なるか、または前記第2の特異的プライマーが前記標的領域の下流に位置し、前記第2のユニバーサルプライマーは前記第1の特異的プライマーの少なくとも一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーにラベル配列が含まれ、前記ラベルプライマーが前記第2の特異的プライマーの一部の配列に重なる。
本発明によるメチル化されたDNAの標的領域に基づくシーケンシングライブラリーの構築方法は、メチル化されたDNAテンプレートの1本の鎖に対して特異的プライマーを設計することにより、標的領域の充実、ライブラリー構築の目的を達成する。まず、メチル化されたDNAテンプレートの少なくとも一端にユニバーサル配列を導入し、重亜硫酸塩処理を行い、または最初に重亜硫酸塩処理を行い、次にユニバーサル配列を導入してもよい。即ち、まず、変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得する。次に、該DNAのサンプルの1本の鎖のみに対してプライマーを設計する。即ち第1の特異的プライマーと第1のユニバーサルプライマーを介して該DNAのサンプルの1本の鎖を増幅し、第1の特異的プライマーが該DNAのサンプルの1本の鎖にマッチ可能であり、第1のユニバーサルプライマーがユニバーサル配列にマッチ可能であり、それにより、特異的増幅を実現する。そして、用いられるDNAテンプレートは重亜硫酸塩変換後のサンプルであるため、設計された第1の特異的プライマーは塩基A、T、Gまたは塩基A、T、Cに富む配列であり、互い間にダイマーを形成しない。第1のユニバーサルプライマーにA、T、C、Gという4種の塩基が含まれ、第1の特異的プライマーとプライマーダイマーを形成しないため、プライマーダイマーの形成を完全に回避することができる。
それと同時に、プライマー増幅の特異性を確保するために、第1の特異的プライマーの下流と標的領域の上流または標的領域の下流に1本の第2の特異的プライマーをさらに設計し、第2の特異的プライマー、第2のユニバーサルプライマー及びラベルプライマーを使用して、第1の増幅産物に対して第2の増幅を行い、第2の増幅産物を取得し、必要なシーケンシングライブラリーが得られる。
本発明の実施例によれば、以上のようなメチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築する方法は、以下のような技術的特徴をさらに含むことができる。
本発明のいくつかの実施例において、ステップ(3)において、前記第2の特異的プライマーの5’端は前記第2のユニバーサルプライマーの3’端の少なくとも一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーの3’端は前記第1のユニバーサルプライマーの5’端の一部の配列に重なる。第2の特異的プライマーの5’端の配列は第2のユニバーサルプライマーの3’端の少なくとも一部の配列に重なることができ、3’端の配列はDNAテンプレート上の第1の特異的プライマーの下流と標的領域の上流に位置するテンプレート領域にマッチすることができ、それにより、第1の増幅産物に基づいて、標的領域の特異的増幅を実現することができる。
本発明のいくつかの実施例において、ステップ(3)において、前記第2の特異的プライマーの5’端は前記ラベルプライマーの3’端の少なくとも一部の配列に重なり、前記第2のユニバーサルプライマーの3’端は前記第1の特異的プライマーの5’端の一部の配列に重なる。第2の特異的プライマーの5’端の配列はラベルプライマーの3’端の少なくとも一部の配列に重なり、その3’端の配列はDNAテンプレート上の標的領域の下流に位置するテンプレート領域にマッチすることができ、これにより標的領域の特異的増幅を実現することができる。
本発明のいくつかの実施例において、ラベルプライマーにラベル配列が含まれ、これらのラベル配列は、シーケンシングプラットフォームによく使用される異なるサンプルを区別するためのいくつかのラベル配列にすることができ、複数の混合サンプルのシーケンシングに同時に用いられることに便利であり、実施例によれば、これらのラベル配列の長さは8~12bp、例えば10bp、8bpなどであってもよい。
本発明のいくつかの実施例において、ステップ(1)は、(1-a)重亜硫酸水素塩を使用して前記メチル化されたDNAのサンプルを処理し、変換されたDNAのサンプルを取得するステップと、(1-b)DNAポリメラーゼと第1のシーケンシング配列付きのランダムプライマーを使用して、前記変換されたDNAのサンプルを複製し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するステップとをさらに含み、前記ランダムプライマーの3’端はランダム塩基配列であり、前記ランダムプライマーの5’端はユニバーサル配列である。
本発明のいくつかの実施例において、前記ランダム塩基配列は6~12個であり、前記ランダム塩基はA、T、CまたはGである。
本発明のいくつかの実施例において、前記ランダム塩基配列は6~12個であり、前記ランダム塩基はA、TまたはCである。
本発明のいくつかの実施例において、前記ユニバーサル配列はシーケンシングリンカー配列または固定配列である。
本発明のいくつかの実施例において、前記シーケンシングリンカー配列または前記固定配列のシトシンはメチル化修飾されたシトシンである。
本発明のいくつかの実施例において、ステップ(1)は、(1-1)前記メチル化されたDNAのサンプルに対して末端修復して塩基Aを追加し、修復されたDNAのサンプルを取得するステップと、(1-2)前記修復されたDNAのサンプルの少なくとも一端とユニバーサル配列を接続し、ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するステップと、(1-3)重亜硫酸水素塩を使用して前記ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを処理し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するステップと、をさらに含む。
本発明のいくつかの実施例において、前記ユニバーサル配列は、シーケンシングリンカー配列または修飾されたシーケンシングリンカー配列のうちの少なくとも1つから選ばれるものである。
本発明のいくつかの実施例において、前記修飾されたシーケンシングリンカー配列は、1本の鎖シトシンに対してメチル化修飾を行い、1本の鎖シトシンに対してメチル化修飾を行わないシーケンシングリンカー配列、1本の鎖の3’端塩基が非ヒドロキシル基によって修飾されたシーケンシングリンカー配列、固定配列とランダム配列付きのシーケンシングリンカー配列、または1本の鎖の3’端の塩基が非ヒドロキシル基によって修飾された固定配列とランダム配列付きのシーケンシングリンカー配列である。
本発明のいくつかの実施例において、前記ランダム配列は分子ラベル配列である。大量の異なる分子ラベル配列を介して元のDNAテンプレートの個数をカウントし、後続の分子ラベル配列の統計によって元のテンプレートの個数を追跡し、シーケンシングまたはPCRプロセス中に生成されるエラーを修正することにより、DNAテンプレートの正確な検出と定量的研究を実現することができる。
本発明のいくつかの実施例において、ステップ(1)は、ユニバーサル配列が埋め込まれたトランスポザーゼを使用して前記DNAのサンプルに対して切断と転置処理を行い、ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するステップと、重亜硫酸水素塩を使用して前記ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを処理し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するステップと、をさらに含む。
本発明のいくつかの実施例において、前記ユニバーサル配列はトランスポザーゼエフェクター配列またはシーケンシングリンカー付きのトランスポザーゼエフェクター配列であり、好ましくはトランスポザーゼエフェクター配列であり、前記トランスポザーゼは、Tn5、MuAまたは他の類似の機能を持つトランスポザーゼであってもよく、好ましくはTn5トランスポザーゼである。
本発明のいくつかの実施例において、トランスポザーゼエフェクター配列のシトシンはメチル化修飾されたシトシンである。非メチル化されたシトシンからグアニンへの変換は100%起こるプロセスではなく、変換される場合と変換されない場合があるため、ユニバーサルプライマーを使用した後続の増幅は不確実性を高めることになる。メチル化修飾されたシトシンは、後続の亜硫酸塩処理の条件下でウラシルに変換されず、配列情報は変更されない。このため、より正確にシーケンシングするために、トランスポザーゼエフェクター配列のシトシンにメチル化修飾を行うことができる。勿論、シトシンにメチル化修飾を行わなくてもよい。
本発明のいくつかの実施例において、前記メチル化されたDNAのサンプルはゲノムDNA、断片化されたゲノムDNA、または遊離DNAである。
本発明の第2の態様によれば、本発明はメチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築するシステムを提供し、前記システムは、前記メチル化されたDNAのサンプルに基づいて、前記メチル化されたDNAのサンプルの少なくとも一端にユニバーサル配列が接続され、且つ重亜硫酸水素塩で処理されたDNAのサンプルを構築し、変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するユニバーサル変換モジュールと、前記ユニバーサル変換モジュールに接続され、第1の特異的プライマーと第1のユニバーサルプライマーを使用して前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルに対して第1の増幅を行い、第1の増幅産物を取得する第1の増幅モジュールであって、前記第1の特異的プライマーは前記標的領域の上流に位置し、前記第1のユニバーサルプライマーは前記ユニバーサル配列と少なくとも部分的にマッチするかまたは重なる第1の増幅モジュールと、前記第1の増幅モジュールに接続され、第2の特異的プライマー、第2のユニバーサルプライマー及びラベルプライマーを使用して前記第1の増幅産物に対して第2の増幅を行い、第2の増幅産物を取得し、シーケンシングライブラリーを得る第2の増幅モジュールとを備え、ここで、前記第2の特異的プライマーは前記第1の特異的プライマーの下流と前記標的領域の上流に位置し、前記第2のユニバーサルプライマーは前記第2の特異的プライマーの少なくとも一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーにラベル配列が含まれ、前記ラベルプライマーは前記第1のユニバーサルプライマーの一部の配列に重なるか、または前記第2の特異的プライマーが前記標的領域の下流に位置し、前記第2のユニバーサルプライマーは前記第1の特異的プライマーの少なくとも一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーにラベル配列が含まれ、前記ラベルプライマーが前記第2の特異的プライマーの一部の配列に重なる。
本発明の実施例によれば、以上のようなメチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築するシステムは、以下のような技術的特徴をさらに含むことができる。
本発明のいくつかの実施例において、以上のシステムでは、前記第2の増幅モジュールにおける前記第2の特異的プライマーの5’端は前記第2のユニバーサルプライマーの3’端の少なくとも一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーの3’端は前記第1のユニバーサルプライマーの5’端の一部の配列に重なる。
本発明のいくつかの実施例において、以上のシステムでは、前記第2の増幅モジュールにおける前記第2の特異的プライマーの5’端は前記ラベルプライマー3’端の少なくとも一部の配列に重なり、前記第2のユニバーサルプライマーの3’端は前記第1の特異的プライマーの5’端の一部の配列に重なる。
本発明のいくつかの実施例において、以上のシステムでは、前記ラベル配列の長さは8~12bpである。
本発明のいくつかの実施例において、前記ユニバーサル変換モジュールは、重亜硫酸水素塩を使用して前記メチル化されたDNAのサンプルを処理し、変換されたDNAのサンプルを取得する変換ユニットと、前記変換ユニットに接続され、DNAポリメラーゼと第1のシーケンシングプライマーを使用して、前記変換されたDNAのサンプルを複製し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得する増幅ユニットとを備え、前記第1のシーケンシングプライマーの3’端はランダム塩基であり、前記第1のシーケンシングプライマーの5’端はユニバーサル配列である。
本発明のいくつかの実施例において、以上のシステムでは、前記ランダム塩基は6~12個であり、前記ランダム塩基はA、T、CまたはGである。
本発明のいくつかの実施例において、以上のシステムでは、前記ランダム塩基は6~12個であり、前記ランダム塩基はA、TまたはCである。
本発明のいくつかの実施例において、以上のシステムでは、前記ユニバーサル配列はシーケンシングリンカー配列または固定配列である。
本発明のいくつかの実施例において、以上のシステムでは、前記シーケンシングリンカー配列または前記固定配列のシトシンはメチル化修飾されたシトシンである。
本発明のいくつかの実施例において、前記ユニバーサル変換モジュールは、前記メチル化されたDNAのサンプルに対して末端修復して塩基Aを追加し、修復されたDNAのサンプルを取得するための修復ユニットと、前記修復ユニットに接続され、前記修復されたDNAのサンプルの少なくとも一端とユニバーサル配列を接続し、ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するための接続ユニットと、前記接続ユニットに接続され、重亜硫酸水素塩を使用して前記ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを処理し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得する変換ユニットと、をさらに備える。
本発明のいくつかの実施例において、前記ユニバーサル変換モジュールでは、前記ユニバーサル配列は、シーケンシングリンカー配列または修飾されたシーケンシングリンカー配列のうちの少なくとも1つから選ばれるものである。
本発明のいくつかの実施例において、前記ユニバーサル変換モジュールでは、前記修飾されたシーケンシングリンカー配列は、1本の鎖のシトシンに対してメチル化修飾を行い、1本の鎖のシトシンに対してメチル化修飾を行わないシーケンシングリンカー配列、1本の鎖の3’端の塩基が非ヒドロキシル基によって修飾されたシーケンシングリンカー配列、固定配列とランダム配列付きのシーケンシングリンカー配列、または1本の鎖の3’端の塩基が非ヒドロキシル基によって修飾された固定配列とランダム配列付きのシーケンシングリンカー配列である。
本発明のいくつかの実施例において、前記ユニバーサル変換モジュールでは、前記ランダム配列は分子ラベル配列である。大量の異なる分子ラベル配列を介して元のDNAテンプレートの個数をカウントし、後続の分子ラベル配列の統計によって元のテンプレートの個数を追跡し、シーケンシングまたはPCRプロセス中に生成されるエラーを修正することにより、DNAテンプレートの正確な検出と定量的研究を実現することができる。
本発明のいくつかの実施例において、前記ユニバーサル変換モジュールは、ユニバーサル配列が埋め込まれたトランスポザーゼを使用して前記DNAのサンプルに転置処理を行い、ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得する転置ユニットと、前記転置ユニットに接続され、重亜硫酸水素塩を使用して前記ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを処理し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得する変換ユニットと、をさらに備える。
本発明のいくつかの実施例において、以上の転置ユニットでは、前記ユニバーサル配列はトランスポザーゼエフェクター配列またはシーケンシングリンカー付きのトランスポザーゼエフェクター配列であり、好ましくはトランスポザーゼエフェクター配列である。
本発明のいくつかの実施例において、以上の転置ユニットでは、前記トランスポザーゼエフェクター配列のシトシンはメチル化修飾されたシトシンである。
本発明のいくつかの実施例において、前記メチル化されたDNAのサンプルはゲノムDNA、断片化されたゲノムDNAまたは遊離DNAである。
以上の本発明のいずれかの実施例におけるメチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築する方法の利点と技術的特徴についての説明は、同様に本発明における上記いずれかの実施例におけるメチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築するシステムに適用され、ここで繰り返して説明しない。
本発明の第3の態様によれば、本発明は、メチル化されたDNAのサンプルをシーケンシングする方法を提供し、前記方法は、
前記メチル化されたDNAのサンプルに基づいて、本発明の第1の態様のいずれかの実施例に記載の方法に従って、または本発明の第2の態様のいずれかの実施例に記載のシステムを使用して、シーケンシングライブラリーを構築するステップと、前記シーケンシングライブラリーに対してハイスループットシーケンシングを行い、シーケンシング結果を取得するステップと、を含む。
本発明のいくつかの実施例において、シーケンシングプラットフォームを使用して前記シーケンシングライブラリーに対してハイスループットシーケンシングを行い、前記シーケンシングプラットフォームは、MGISEQ、Illumina、Protonのうちの少なくとも1つから選ばれるものである。
本発明の第4の態様によれば、本発明は、メチル化されたDNAのサンプルのメチル化状態を特定する方法を提供し、前記方法は、
前記メチル化されたDNAのサンプルに基づいて、本発明の第1の態様のいずれかの実施例に記載の方法に従って、または本発明の第2の態様のいずれかの実施例に記載のシステムを使用して、シーケンシングライブラリーを構築するステップと、前記シーケンシングライブラリーに対してハイスループットシーケンシングを行い、シーケンシング結果を取得するステップと、前記シーケンシング結果と参照ゲノムを比較し、前記メチル化されたDNAのサンプルのメチル化状態を特定するステップと、を含む。
本発明のいくつかの実施例において、前記参照ゲノムはヒトゲノムhg19またはYanhuangゲノムである。
本発明の第5の態様によれば、本発明は、キットを提供し、前記キットは、ユニバーサル配列、ラベルプライマー、第1のユニバーサルプライマー、第2のユニバーサルプライマー及びメチル化ルーチン検出試薬を含み、前記ラベルプライマーにラベル配列が含まれ、前記第1のユニバーサルプライマーは前記ユニバーサル配列に少なくとも部分的にマッチするかまたは重なり、前記第1のユニバーサルプライマーはSEQ ID NO:1であり、前記第2のユニバーサルプライマーはSEQ ID NO:22である。前記メチル化ルーチン検出試薬は、例えば重亜硫酸塩検出試薬または対応するキットなどであってもよい。
本発明の実施例によれば、以上のようなキットは、さらに以下のような追加の技術的特徴を含む。
本発明のいくつかの実施例において、前記ラベルプライマーはSEQ ID NO:23で示す通りである。
本発明のいくつかの実施例において、前記キットは、第1の特異的プライマーと第2の特異的プライマーをさらに含み、前記第1の特異的プライマーはSEQ ID NO:1~SEQ ID NO:10に示す配列を含み、前記第2の特異的プライマーはSEQ ID NO:11~SEQ ID NO:20に示す配列を含む。
本発明のいくつかの実施例において、前記キットは、本発明の第1の態様に記載の方法を使用してメチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築する。
本発明の上記および/または追加の態様と利点は、以下の図面を組み合わせた実施例の説明から明らかになり、理解しやすくなる。
本発明の一実施例によるランダムプライマーライブラリー構築のフローチャートである。 本発明の一実施例によるリンカー接続ライブラリー構築のフローチャートである。 本発明の一実施例によるトランスポゾンライブラリー構築のフローチャートである。 本発明の一実施例による異なるリンカー配列の模式図である。 本発明の一実施例によるシーケンシングライブラリーの品質検査チャートである。 本発明の一実施例による各アンプリコンのシーケンシング深度の結果図である。 本発明の一実施例によるシーケンシングライブラリーの品質検査チャートである。 本発明の一実施例による各アンプリコンのシーケンシング深度の結果図である。 本発明の実施例によるメチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築するシステムの構造模式図である。 本発明の実施例によるユニバーサル変換モジュールの構造模式図である。 本発明の実施例によるユニバーサル変換モジュールの構造模式図である。 本発明の実施例によるユニバーサル変換モジュールの構造模式図である。
以下、本発明の実施例を詳細に説明し、前記実施例の例を図面に示し、最初から最終まで同じまたは類似の符号は、同じまたは類似の素子または同じまたは類似の機能を有する素子を示す。以下、図面を参照して説明する実施例は例示的なものであり、本発明を解釈するために使用され、本発明を限定するためのものと見なされるべきではない。
本願をより直感的に理解するために、以下、本願に存在している用語を解釈及び説明する。当業者は、これらの解釈及び説明はがより便利な理解のためだけであり、本願の保護範囲を制限するものと見なされるべきではないことを理解する必要がある。本明細書において、特に明記しない限り、2つの核酸配列が接続されている場合、それは、3’-5’ホスホジエステル結合によって接続されることを意味する。本明細書において、特に明記しない限り、塩基を表す場合、塩基Nまたはnは任意の塩基A、T、CまたはGを表す。
本明細書において、「上流」、「下流」という用語は、ヌクレオチド5’-3’の配列順序に従って、2つまたは複数の核酸配列を比較して、上流に位置する核酸配列は、下流に位置する核酸配列よりも、その認識またはマッチ領域がテンプレート配列の5’端に近い。勿論、異なる核酸配列の長さは異なる可能性があるため、認識またはマッチされる領域の長さも異なる可能性がある。A核酸配列がB核酸配列の下流に位置することを意味する場合、A核酸配列の3’端の認識または結合サイトのみが、B核酸配列の3’端の認識または結合サイトよりも、テンプレート配列の3’端に近くすればよい。
本明細書において、2つの核酸配列間の「マッチ」を表す場合、2つの核酸配列の塩基の間に補完的なペアリングが発生することを意味する。2つの核酸配列は少なくとも一部の配列が重なる場合、2つの核酸配列が少なくとも一部の同じ核酸配列を有する。
本明細書において、「重亜硫酸水素塩」、「亜硫酸塩」または「バイサルファイト」のいずれの処理であっても、DNA中のシトシンをウラシルに脱アミノ化する試薬またはプロセスを指す。このため、重亜硫酸水素塩処理、亜硫酸塩処理、またはバイサルファイト処理に関わらず、本発明の保護範囲に含まれる。
メチル化されたDNAを増幅するプロセス中に、複数対のメチル化特異的プライマーの間のプライマーダイマー問題を解決するために、本発明は、一方向のプライマー増幅方法を創造的に発明しており、即ちDNAテンプレートの1本の鎖のみに対してプライマー設計を行い、これにより、設計された特異的プライマーはいずれもA、T、GまたはA、T、Cのみを含み、互い間にプライマーダイマーを形成し難い。同時に、プライマー増幅の特異性を確保するために、2回目のPCR増幅のプロセス中に、1回目の増幅された産物に対して、その上に特異的プライマーを設計して増幅し、さらに増幅の特異性を確保する。それにより、調製されたシーケンシングライブラリーはシーケンシングの要件を満たす。
詳しくは、ゲノムDNA(gDNA)はTn5トランスポゾンによって転置され、切断されたgDNAまたは遊離DNA(cfDNA)分子がリンカーによって接続されるか、またはDNAがランダムに元のDNAに複製されて一部のユニバーサル配列を導入し、ユニバーサル配列を導入したDNAに重亜硫酸塩処理(BS処理)を行い、重亜硫酸塩変換後のDNA配列(元のDNA非メチル化修飾されたシトシン(C)がウラシル(U)に変換される)を取得する。導入されたユニバーサル配列に対してユニバーサルプライマーを設計し、変換されたDNA配列の標的領域の上流に特異的プライマーを設計し、特異的プライマーはDNAテンプレート上の1本の鎖のみに対して設計され、ユニバーサルプライマーと特異的プライマーを介してPCR増幅を行い、PCR産物を取得する。同時に、増幅の特異性を増加するために、上記の特異的プライマーの下流にネストされたプライマーを設計するか、標的領域の下流に特異的プライマーを設計し、ネストされたプライマーまたは特異的プライマーはDNAテンプレート上の1本の鎖のみに対して設計され、ネストされたプライマーまたは下流の特異的プライマーとユニバーサルプライマーを介して第1のステップのPCR産物に対して第2のステップの増幅を行い、最終に、重亜硫酸塩処理後のテンプレートに対するPCR増幅産物(BS-PCR)を取得する。
本発明の一態様において、本発明は、メチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築する方法を提供し、(1)前記メチル化されたDNAのサンプルに基づいて、前記メチル化されたDNAのサンプルの少なくとも一端にユニバーサル配列が接続され、且つ重亜硫酸水素塩で処理されたDNAのサンプルを構築し、変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するステップと、(2)第1の特異的プライマーと第1のユニバーサルプライマーを使用して前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルに対して第1の増幅を行い、第1の増幅産物を取得し、前記第1の特異的プライマーは前記標的領域の上流に位置し、前記第1のユニバーサルプライマーは前記ユニバーサル配列の少なくとも一部に重なるかまたはマッチし、前記ユニバーサル配列は標的領域の下流に位置するステップと、(3)第2の特異的プライマー、第2のユニバーサルプライマー及びラベルプライマーを使用して前記第1の増幅産物に対して第2の増幅を行い、第2の増幅産物を取得し、シーケンシングライブラリーを得るステップと、を含み、前記第2の特異的プライマーは前記第1の特異的プライマーの下流と前記標的領域の上流に位置し、前記第2のユニバーサルプライマーは前記第2の特異的プライマーの少なくとも一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーにラベル配列が含まれ、前記ラベルプライマーは前記第1のユニバーサルプライマーの一部の配列に重なるか、または、前記第2の特異的プライマーが前記標的領域の下流に位置し、前記第2のユニバーサルプライマーは前記第1の特異的プライマーの少なくとも一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーにラベル配列が含まれ、前記ラベルプライマーが前記第2の特異的プライマーの一部の配列に重なる。
変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するプロセス中に、ユニバーサル配列と重亜硫酸塩処理の順序に従って、必要に応じて、異なる方法を採用できる。
本発明の少なくともいくつかの実施形態において、以下のような方法によってユニバーサル配列を導入する。
gDNA、切断されたgDNAまたはcfDNAは、最初に、重亜硫酸塩でDNA分子を処理し、次に、第1のシーケンシングプライマー、即ち3’端に6-12個のランダムN塩基(A/T/C/Gからなる縮重塩基)または6-12個のランダムH塩基(A/T/Cからなる縮重塩基)が付き、5’端に一部、全部のシーケンシングリンカー配列または固定配列(配列のシトシンにはメチル化修飾されたシトシンを優先的に使用する)が付くプライマー及びDNAポリメラーゼを使用してテンプレートを複製し、5’端にユニバーサル配列付きの重亜硫酸塩処理後のDNAテンプレート(図1に示す)を取得する。使用可能なシーケンシングリンカー配列はMGIプラットフォームのシーケンシングリンカーを含み、illuminaとprotonプラットフォームのシーケンシングリンカー配列も含むが、これらに制限されない。少なくともいくつかの実施例において、使用可能なDNAポリメラーゼは通常のrTaq、Fusionであってもよいし、Bstまたはphi29等であってもよい。
本発明の少なくともいくつかの実施形態において、以下のような方法によってユニバーサル配列を導入する。
切断されたgDNAまたはcfDNAに対して末端修復して塩基Aを追加し、次に、特定のリンカー配列を追加し、配列は一部、全部のシーケンシングリンカー配列または修飾されたシーケンシングリンカー配列であってもよく、これらの修飾されたシーケンシングリンカー配列は、1本の鎖の3端塩基が非ヒドロキシル基によって修飾されている固定配列付きのシーケンシングリンカー配列、または固定配列付きのシーケンシングリンカー配列、または1本の鎖の3’端の塩基が非ヒドロキシル基によって修飾されている固定配列付きのシーケンシングリンカー配列であってもよく、図4に示すような符号1、符号2、符号3及び符号4に示す。精製後、亜硫酸塩を使用してユニバーサル配列を加えた産物を処理して、変換されたDNAテンプレート(図2)を取得する。
本発明の他のいくつかの実施形態において、以下のような方法によってユニバーサル配列を導入する。
Tn5トランスポザーゼに一部のリンカー配列が埋め込まれ、該リンカーはTn5トランスポザーゼ自体の有効な19bpの特定の配列であってもよいし、有効な配列+他の配列(例えばシーケンシングリンカー配列)の組み合わせである可能性があり、19bpの特定の配列を優先的に使用し、19bpの特定の配列のシトシンにはメチル化修飾されたシトシンを優先的に使用し、Tn5転置によってgDNAを転置して特定のリンカーを加えて、精製後、重亜硫酸塩を使用して特定のリンカーを加えた産物を処理し、変換されたDNAテンプレート(図3に示す)を取得する。
上記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得した後、一方向特異的プライマーによってPCR増幅を行ってシーケンシングライブラリーを取得し、増幅方法は、以下のような任意の1つを採用することができる。
本発明の少なくともいくつかの実施形態において、以下のような方法によってPCR増幅を行ってシーケンシングライブラリーを取得する。
第1の特異的プライマーと第1のユニバーサルプライマーによって亜硫酸塩処理後のDNAに対して第1のステップのPCR増幅を行う。第1のユニバーサルプライマーの3’端の配列は上記の導入されたユニバーサル配列の一部または全部に相補的であるか、重なる。例えば、第1のユニバーサル配列の5’端はシーケンシングリンカー配列の一部または全部(優先的に一部の配列である)である。第1の特異的プライマー配列の結合サイトは増幅に必要な標的領域の上流に位置し、重亜硫酸塩処理後のDNAテンプレート配列に対して設計され、得られた産物は精製された後、さらに第2の特異的プライマー(以下の実施例ではネストされたプライマーとも呼ばれる)、第2のユニバーサルプライマー、ラベルプライマーによって第2のステップのPCR増幅を行う。第2のステップのPCRの第1のサイクルでは、第2の特異的プライマーとラベルプライマーを最初にPCRを行い、後続のサイクルでは第2の特異的プライマー、第2のユニバーサルプライマー及びラベルプライマーによって一緒に複数回のPCRを行う。第2の特異的プライマーの5’端は第2のユニバーサルプライマーの3’端の一部または全部の配列に重なり、第2の特異的プライマーの3’端は特異性配列であり、特異性配列は第1の特異的プライマーと標的領域との間に設計され、第2のユニバーサルプライマーはシーケンシングユニバーサルリンカーの一部または全部の配列であってもよく、3’端と第2の特異的プライマーの5’端は一部または全部の配列が同じであり、ラベルプライマーの3’端と第1のユニバーサルプライマーの5’端は一部または全部の配列が同じであり、中央に8-12bpの固定ラベル配列(各プラットフォームは、サンプルミックスのラベル配列を区別するために使用される)を有し、後続のマルチサンプルの混合シーケンシング(図1A、図2A、図3A)に用いられる。
本発明の他のいくつかの実施形態において、以下のような方法によってPCR増幅を行ってシーケンシングライブラリーを取得する。
第1の特異的プライマー(以下の実施例では上流の特異的プライマーとも呼ばれる)と第1のユニバーサルプライマーによって亜硫酸塩処理後のDNAに対して第1のステップのPCR増幅を行う。第1のユニバーサルプライマーの3’端の配列は上記導入されたユニバーサル配列の一部または全部に相補的であるか、または重なり(ここでのユニバーサル配列にはシーケンシングリンカー配列以外の固定配列を優先的に使用する)、第1の特異的プライマーの3’端の特異性配列は、増幅に必要な標的領域の上流に設計され、重亜硫酸塩処理後のDNAテンプレート配列に対して設計され、5’端はシーケンシングリンカー配列の一部または全部の配列(優先的に一部の配列である)である。得られた産物は精製された後、さらに第2の特異的プライマー(対応的に、以下の実施例では下流の特異的プライマーとも呼ばれる)、第2のユニバーサルプライマー、及びラベルプライマーによって第2のステップのPCR増幅を行う。第2のステップのPCRの第1のサイクルでは、第2の特異的プライマーと第2のユニバーサルプライマーに対して最初にPCR増幅を行い、後続のサイクルでは第2の特異的プライマー、第2のユニバーサルプライマー及びラベルプライマーによって一緒に複数回のPCRを行い、下流の特異的プライマーの5’端とラベルプライマーの3’端は一部または全部の配列が重なり、第2の特異的プライマーの3’端は特異性配列であり、特異性配列は標的領域の下流に設計され、第2のユニバーサルプライマーはシーケンシングリンカー配列の一部または全部の配列であってもよく、その3’端と第1の特異的プライマーの5’端は一部または全部の配列が重なり、ラベルプライマーの3’端と第2の特異的プライマーの5’端は一部または全部の配列が同じであり、中央に8-12bpの固定ラベル配列(各プラットフォームは、サンプルミックスのラベル配列を区別するために使用される)を有し、後続のマルチサンプルの混合シーケンシング(図1B、図2B、図3B)に用いられる。
本発明の他の態様によれば、本発明は、メチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築するシステムを提供し、図9に示すように、ユニバーサル変換モジュール、第1の増幅モジュール及び第2の増幅モジュールを備え、各モジュールは順次に接続される。前記ユニバーサル変換モジュールは、前記メチル化されたDNAのサンプルに基づいて、前記メチル化されたDNAのサンプルの少なくとも一端にユニバーサル配列が接続され、且つ重亜硫酸水素塩で処理されたDNAのサンプルを構築し、変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得する。前記第1の増幅モジュールは、第1の特異的プライマーと第1のユニバーサルプライマーを使用して前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルに対して第1の増幅を行い、第1の増幅産物を取得し、前記第1の特異的プライマーは前記標的領域の上流に位置し、前記第1のユニバーサルプライマーは前記ユニバーサル配列と少なくとも部分的にマッチするかまたは重なる。前記第2の増幅モジュールは、第2の特異的プライマー、第2のユニバーサルプライマー及びラベルプライマーを使用して前記第1の増幅産物に対して第2の増幅を行い、第2の増幅産物を取得し、シーケンシングライブラリーが得られる。前記第2の特異的プライマー、前記ユニバーサルプライマー及び前記ラベルプライマーは、(i)または(ii)に示すように、(i)前記第2の特異的プライマーは前記第1の特異的プライマーの下流と前記標的領域の上流に位置し、前記第2のユニバーサルプライマーは前記第2の特異的プライマーの少なくとも一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーにラベル配列が含まれ、前記ラベルプライマーは前記第1のユニバーサルプライマーの一部の配列に重なり、(ii)前記第2の特異的プライマーが前記標的領域の下流に位置し、前記第2のユニバーサルプライマーは前記第1の特異的プライマーの少なくとも一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーにラベル配列が含まれ、前記ラベルプライマーが前記第2の特異的プライマーの一部の配列に重なる。
本発明の少なくともいくつかの実施形態において、前記ユニバーサル変換モジュールは、図10に示すように、変換ユニットと変換ユニットに接続される増幅ユニットを備える。前記変換ユニットは、重亜硫酸水素塩を使用してメチル化されたDNAのサンプルを処理し、変換されたDNAのサンプルを取得する。前記増幅ユニットは、DNAポリメラーゼと第1のシーケンシングプライマーを使用して、前記変換されたDNAのサンプルを複製し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得し、前記第1のシーケンシングプライマーの3’端はランダム塩基であり、前記第1のシーケンシングプライマーの5’端はユニバーサル配列である。
本発明の少なくともいくつかの実施形態において、前記ユニバーサル変換モジュールは、図11に示すように、修復ユニット、接続ユニット及び変換ユニットを備え、各ユニットは順次に接続される。前記修復ユニットは、前記メチル化されたDNAのサンプルに対して末端修復して塩基Aを追加し、修復されたDNAのサンプルを取得するために使用される。前記接続ユニットは、前記修復されたDNAのサンプルの少なくとも一端とユニバーサル配列を接続し、ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するために使用される。前記変換ユニットは、重亜硫酸水素塩を使用して前記ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを処理し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するために使用される。
本発明の少なくともいくつかの実施形態において、前記ユニバーサル変換モジュールは、図12に示すように、転置ユニットと転置ユニットに接続される変換ユニットを備える。前記転置ユニットは、トランスポザーゼを使用して前記DNAのサンプルに対して切断と転置処理を行い、ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得する。前記トランスポザーゼにはユニバーサル配列が埋め込まれている。前記変換ユニットは、重亜硫酸水素塩を使用して前記ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを処理し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得する。
以下、実施例を組み合わせて本発明の手段を解釈する。当業者は、以下の実施例が本発明を説明するためにのみ使用され、本発明の範囲を制限するためのものではない。実施例に具体的な技術または条件が示されない場合、本分野内の文献に記載されている技術または条件に従って、または製品仕様に従って行う。用いられる試薬または機器はメーカーが示されない場合、市場で購入できる従来の製品である。
実施例1 メチル化マルチPCRライブラリー構築シーケンシング
実験設計
100ngYanhuangゲノムDNAで重亜硫酸塩処理を行い、次に、発明のステップに従ってDNAターゲットを絞ったメチル化ライブラリーを調製し、ライブラリーをMGISEQ-2000シーケンサーにオンマシンシーケンシングを行い、シーケンシングタイプはPE100であり、次に、データ利用率、比較率、アンプリコン特異性、均一性などの性能を含むデータ分析を行った。
1、重亜硫酸塩処理
EZ DNA Methylation-Gold KitTM(米国ZYMO社製 商品番号D5005)キットを使用して、上記のDNAに対して重亜硫酸塩共処理を行った。
溶液の調製
CT変換試薬(CT Conversion Reagent)溶液の調製
キットからCT変換試薬(固体混合物)を取り出して、それぞれ900μLの水、50μLのM-溶解緩衝液(M-Dissolving Buffer)及び300μLのM-希釈緩衝液(M-Dilution Buffer)を添加し、室温で溶解し且つ10分間振とうし、またはシェーカーで10分間揺らした。
M-洗浄緩衝液の調製
M-洗浄緩衝液に24mLの100%のエタノールを添加して用意した。
具体的なステップは以下の通りであった。
(1)PCRチューブに130μLのCT変換試薬溶液と上記DNAを添加し、軽くフリックし、またはピペットで混合サンプルを懸濁した。
次に、サンプルチューブをPCRマシンに置き、以下のステップに従って操作した。
98℃で5分間保持し、64℃で2.5時間保持した。
上記の操作を完成した後、直ちに次のステップの操作を行った。
(2)Zymo-Spin ICTM Columnを収集チューブ(Collection Tube)に入れ、600μLのM-結合緩衝液(M-Binding Buffer)を添加した。
次に、重亜硫酸塩処理されたサンプルをM-結合緩衝液を含有するZymo-Spin ICTM Columnに添加し、蓋をして逆さまに均一に混ぜた。
全速(>10,000xg)で30秒間遠心分離し、収集チューブ内の収集液を捨てる。カラムに100μLのM-洗浄緩衝液を添加し、全速(>10,000xg)で30秒間遠心分離し、収集チューブ内の液体を捨てた。
カラムに200μLのM-Desulphonation Bufferを添加し、室温で15min置き、全速(>10,000xg)で30s遠心分離し、収集チューブ内の液体を捨てた。
カラムに200μLのM-洗浄緩衝液を添加し、全速(>10,000xg)で30s遠心分離し、収集チューブ内の液体を捨て、このステップを1回繰り返した。
Zymo-Spin ICTM Columnを新しい1.5mL EPチューブに置き、40μLのM-溶出緩衝液rをカラムマトリックスに添加し、室温で2min置き、全速(>10,000xg)で遠心分離し、標的のフラグメントDNAを溶出した。
2、DNA複製
(1)PCRチューブ内で以下の反応系に従って重亜硫酸塩処理されたDNAに対してDNA複製を行った。
Figure 0007203276000001
ランダムプライマー配列(即ち本明細書に言及された第1のシーケンシングプライマー)は、CGCTTGGCCTCCGACTTNNNNNNNN(SEQ ID NO:24)であり、ここで、NはA/T/C/Gの4種の塩基からなるランダム配列であった。
(2)上記反応系をPCRマシンに置き、65度で、10分間反応させた。
(3)反応した後、1.5×AMPure磁気ビーズを使用して精製(Beckman社製AMPure XP、商品番号A63881)し、最終に、精製産物を22μlの溶出緩衝液に溶解した。
3、1回目のPCR
(1)PCRチューブ内で以下の反応系に従ってPCR系を調製した。
Figure 0007203276000002
(2)PCR反応条件は以下の通りであった。
94℃ 1min
94℃ 30s
58℃ 2min
72℃ 30s
上記94℃30s,58℃2min,72℃30sを1サイクルとして15サイクル。
72℃ 5min
12℃ 保持
(3)反応した後、1.5×AMPure磁気ビーズを使用して精製し、最終に精製産物を22μlの溶出緩衝液に溶解した。
3、2回目のPCR
(1)PCRチューブ内で以下の反応系に従ってPCR系を調製した。ネストされたプライマープールを以下の表12に示し、ラベルプライマーを以下の表13に示す。
Figure 0007203276000003
(2)PCR反応条件
94℃ 1min
94℃ 30s
58℃ 2min
72℃ 30s
上記94℃30s,58℃2min,72℃30sを1サイクルとして20サイクル。
72℃ 5min
12℃ 保持
(3)反応した後、1.0×AMPure磁気ビーズを使用して精製し、最終に精製産物22μlの溶出緩衝液に溶解した。
4、ライブラリー検出
Bioanalyzer分析システム(Agilent, Santa Clara,USA)を使用してライブラリーインサートフラグメントのサイズ及び含有量を検出した。その結果を図5に示す。
5、オンマシンシーケンシング
得られたライブラリーに対してハイスループットシーケンシングを行った。シーケンシングプラットフォームがMGISEQ-2000であり、シーケンシングタイプがPE100であった。シーケンシング後のデータを比較した後、オフマシンデータ、利用可能なデータ、比較率、GC含有量などを含む様々な基本パラメータを統計した。その結果を以下の表4に示す。各アンプリコンの深度を図6に示す。図6では横座標は、異なるCpGサイトを表す。
Figure 0007203276000004
表4では、サンプル1~サンプル3は、それぞれ同じサンプルに対して3回繰り返したものを表し、比較率とは、ゲノムに比較する比率を指し、特異性とは、標的領域のreadsがシーケンシング全体のreads全体を占める比率を指し、均一性とは、標的領域の深度が標的領域の平均深度より0.1倍大きい個数は標的領域の総数を占める比率を指す。
表4から分かるように、各サンプルのリンカー濾過比は約1%であり、図5に示すようなライブラリー品質検査結果を組み合わせて、形成されたプライマーダイマーが非常に少なく、比較率がいずれも88-89%であり、特異性が77-79%であり、性能が良好であったことを表す。且つ各アンプリコンの深度の均一性が良好であった。
実施例2 メチル化マルチPCRライブラリー構築シーケンシング
実験設計
200-300bpに切断されたYanhuangゲノムDNAを使用して、次に、本発明によって提供された方法に従ってDNAターゲットを絞ったメチル化ライブラリーを調製し、ライブラリーをMGISEQ-2000シーケンサーにオンマシンシーケンシングを行い、シーケンシングタイプがPE100であり、そして、データ利用率、比較率、アンプリコン特異性、均一性などの性能を含むデータ分析を行った。
1、末端修復
(1)前のステップで得られたDNAフラグメントを以下の表で1.5mLの遠心分離管内で末端修復反応系を調製した。
Figure 0007203276000005
(2)上記反応系を20℃のThermomixer (Eppendorf)に置き、30min反応する。反応した後、AMPure磁気ビーズを使用して精製し、最終に精製産物を34μlの溶出緩衝液に溶解した。上記試薬にはいずれもenzymatic社製の試薬が使用された。
2、末端への塩基Aの添加
(1)前のステップで得られたDNAを以下の表に従って1.5mLの遠心分離管内で塩基Aを添加する反応系を調製した。
Figure 0007203276000006
(2)上記反応系を37℃のThermomixer(Eppendorf)に置き、30min反応させた。反応した後、AMPure磁気ビーズを使用して精製し、最終に、精製産物を20μlの溶出緩衝液に溶解した。
2、メチル化リンカー1の接続
(1)前のステップで得られたDNAを以下の表に従ってメチル化リンカー(「メチル化ラベルリンカー」と呼ばれる場合もある)の接続反応系を調製した。
Figure 0007203276000007
*メチル化リンカー配列は、以下の通りであった。
リンカー1:5’/5Phos/AGTCGGAGGCCAAGCGGT(SEQ ID NO:25)
リンカー2:5’ACATGGCTACGATCCGACTddT(SEQ ID NO:26)
リンカー1配列におけるCはいずれもメチル化修飾によって保護され、リンカー2におけるシトシンはメチル化修飾によって保護されても、保護されなくてもよく、リンカー2における3端の最後の塩基は、テンプレートとの接続を防止するためにブロック修飾され、即ちジデオキシ修飾が実行された。
(2)上記反応系を20℃のThermomixer(Eppendorf)に置き、15min反応し、接続産物を取得した。反応した後、AMPure磁気ビーズを使用して精製し、最終に精製産物を22μlの溶出緩衝液に溶解した。
3、亜硫酸塩処理
キットEZ DNA Methylation-Gold KitTM(ZYMO社製)を使用して上記接続されたDNAに対して重亜硫酸塩共処理を行った。
(1)試薬の準備
CT変換試薬(CT Conversion Reagent)溶液の調製
キットからCT変換試薬(固体混合物)を取り出して、それぞれ900μLの水、50μLのM-溶解緩衝液(M-Dissolving Buffer)及び300μLのM-希釈緩衝液(M-Dilution Buffer)を添加し、室温で溶解し且つ10分間振とうし、またはシェーカーで10分間揺れらした。
M-洗浄緩衝液の調製:M-洗浄緩衝液に24mLの100%のエタノールを添加して、用意した。
(2)PCRチューブに130μLのCT変換試薬溶液と上記接続されたDNAを添加し、軽くフリックし、またはピペットで混合サンプルを懸濁した。
次に、サンプルチューブをPCRマシンに置き、以下のステップに従って操作した。
98℃で5分間保持し、64℃で2.5時間保持した。
上記の操作を完成した後、直ちに次のステップの操作を行うか、4℃で保管して(最も多く20時間)、使用に準備した。
(3)Zymo-Spin ICTM Columnを収集チューブ(Collection Tube)に入れ、600μLのM-結合緩衝液(M-Binding Buffer)を添加した。
次に、上記重亜硫酸塩処理されたサンプルをM-結合緩衝液を含有するZymo-Spin ICTM Columnに添加し、蓋をして逆さまに均一に混ぜた。
全速(>10,000xg)で30秒間遠心分離し、収集チューブ内の収集液を捨てた。
カラムに100μLのM-洗浄緩衝液を添加し、全速(>10,000xg)で30秒間遠心分離し、収集チューブ内の液体を捨てた。
カラムに200μLのM-Desulphonation Bufferを添加し、室温で15min置き、全速(>10,000xg)で30s遠心分離し、収集チューブ内の液体を捨てた。
カラムに200μLのM-洗浄緩衝液を添加し、全速(>10,000xg)で30s遠心分離し、収集チューブ内の液体を捨て、このステップを1回繰り返した。
Zymo-Spin ICTM Columnを新しい1.5mL EPチューブに置き、18μLのM-溶出緩衝液rをカラムマトリックスに添加し、室温で2min置き、全速(>10,000xg)で遠心分離し、標的のフラグメントDNAを溶出した。
4、1回目のPCR
(1)PCRチューブ内で以下の反応系に従ってPCR系を調製した。上流特異的プライマープールに含まれるプライマーを以下の表11に示し、第1のユニバーサルプライマーを以下の表13に示す。
Figure 0007203276000008
(2)PCR反応条件
94℃ 1min
94℃ 30s
58℃ 2min
72℃ 30s
上記94℃30s,58℃2min,72℃30sを1サイクルとして15サイクル。
72℃ 5min
12℃ 保持
反応した後、1.5×AMPure磁気ビーズを使用して精製し、最終に精製産物を22μlの溶出緩衝液に溶解した。
5、2回目のPCR
(1)PCRチューブ内で以下の反応系に従ってPCR系を調製した。ネストされたプライマープールに含まれるプライマーを以下の表12に示し、第2のユニバーサルプライマーとラベルプライマーを以下の表13に示す。
Figure 0007203276000009
(2)PCR反応条件
94℃ 1min
94℃ 30s
58℃ 2min
72℃ 30s
上記94℃30s,58℃2min,72℃30sを1サイクルとして20サイクル。
72℃ 5min
12℃ 保持
反応した後、1.0×AMPure磁気ビーズを使用して精製し、最終に精製産物22μlの溶出緩衝液に溶解した。
6、ライブラリー検出
Bioanalyzer分析システム(Agilent,Santa Clara,USA)を使用してライブラリーインサートフラグメントのサイズ及び含有量を検出した。その結果を図7に示す。
7、オンマシンシーケンシング
得られたライブラリーに対してハイスループットシーケンシングを行った。シーケンシングプラットフォームが華大智造のMGISEQ-2000であり、シーケンシングタイプがPE100であった。シーケンシング後のデータを比較した後、オフマシンデータ、利用可能なデータ、比較率、特異性及び均一性などを含む様々な基本パラメータを統計した。その結果を表10に示す。各アンプリコンのシーケンシング深度を図8に示す。
Figure 0007203276000010
表10では、サンプル1~サンプル3は、それぞれ同じサンプルに対して3回繰り返したものを表し、比較率とは、ゲノムに比較する比率を指し、特異性とは、標的領域のreadsがシーケンシング全体のreads全体を占める比率を指し、均一性とは、標的領域の深度が標的領域の平均深度より0.1倍大きい個数は標的領域の総数を占める比率を指す。
表10、図7及び図8の結果から分かるように、本発明によって提供された増幅方法を使用すると、リンカー濾過比が約1%であり、プライマーダイマーが少なく、比較率が84-86%であり、特異性が89-90%であり、性能が良好であり、そして、各アンプリコンの間のカバー深度の均一性が良好であった。
Figure 0007203276000011
第1の特異的プライマープールは上記のプライマーにより等モルで混合してなり、Y塩基はC/Tの縮重塩基であった。
Figure 0007203276000012
第2の特異的プライマープールは上記プライマーにより等モルで混合してなり、Y塩基はC/Tの縮重塩基であった。
Figure 0007203276000013
N塩基はMGIシーケンシングプラットフォーム上のbarcode配列であった。
本発明の説明では、「第1」、「第2」などの用語は、説明目的でのみ使用され、相対的な重要性を示すまたは暗示する、または示された技術的特徴の数を暗黙的に示すと理解することはできない。これにより、「第1」、「第2」で限定される特徴には、少なくとも1つの該特徴が明示的または暗黙的に含まれる可能性がある。本発明の説明では、「複数」は、特に明確に具体的に限定されない限り、少なくとも2つ、例えば2つ、3つなどを意味する。
本発明において、特に明確に規定及び限定されない限り、「連結」、「接続」、「固定」などの用語は、広い意味で理解されるべきである、例えば、固定接続、取り外し可能接続、または一体化であってもよいし、機械的接続、電気的接続または相互通信可能であってもよく、直接接続、中間媒体を介した間接的接続であってもよいし、2つの素子の内部の連通または2つの素子の相互作用関係であってもよい。当業者にとって、具体的な場合によって本発明における上記用語の具体的な意味を理解することができる。
本明細書の説明において、参照用語「一実施例」、「いくつかの実施例」、「例」、「具体的な例」、または「いくつかの例」などの説明は、該実施例または例を組み合わせて説明する具体的な特徴、構造、材料または特点が本発明の少なくとも1つの実施例または例に含まれることを意味する。本明細書では、上記用語の模式的な叙述は必ずしも同じ実施例または例に向けられているわけではない。そして、説明される具体的な特徴、構造、材料または特点はいずれかまたは複数の実施例または例において適切な方法で組み合わせることができる。なお、互いに矛盾がない場合、当業者は、本明細書に説明された異なる実施例または例及び異なる実施例または例の特徴を結合及び組み合わせすることができる。
以上で本発明の実施例を示し及び説明したが、上記の実施例は例示的なものであり、本発明を制限するものと理解することができず、当業者は、本発明の範囲から逸脱せずに、上記実施例に対して変化、修正、置換及び変形を行うことができる。

Claims (12)

  1. メチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築する方法であって、
    (1)メチル化されたDNAに基づいて、前記メチル化されたDNAの少なくとも一端にユニバーサル配列を接続し、重亜硫酸水素塩でDNAを処理して、変換されたユニバーサル配列付きのDNAを取得するステップであって、前記ユニバーサル配列は、シーケンシングリンカー配列または固定配列であり、前記シーケンシングリンカー配列または前記固定配列におけるシトシンは、メチル化修飾されたシトシンであるステップと、
    (2)第1の特異的プライマーと第1のユニバーサルプライマーを使用して前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAに対して第1の増幅を行い、第1の増幅産物を取得するステップであって、
    前記第1の特異的プライマーは前記標的領域の上流に位置し、前記第1のユニバーサルプライマーは前記ユニバーサル配列と一部または全部がマッチするかまたは重なり、前記ユニバーサル配列は標的領域の下流に位置するステップと、
    (3)第2の特異的プライマー、第2のユニバーサルプライマー及びラベルプライマーを使用して前記第1の増幅産物に対して第2の増幅を行い、第2の増幅産物を取得し、シーケンシングライブラリーを得るステップと、を含み、
    前記第2の特異的プライマー、前記第2のユニバーサルプライマー及び前記ラベルプライマーは、(i)または(ii)に示すものであり、
    (i)前記第2の特異的プライマーが前記第1の特異的プライマーの下流と前記標的領域の上流に位置し、前記第2のユニバーサルプライマーが前記第2の特異的プライマーの一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーにラベル配列が含まれ、前記ラベルプライマーが前記第1のユニバーサルプライマーの一部の配列に重なり、
    (ii)前記第2の特異的プライマーが前記標的領域の下流に位置し、前記第2のユニバーサルプライマーが前記第1の特異的プライマーの一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーにラベル配列が含まれ、前記ラベルプライマーが前記第2の特異的プライマーの一部の配列に重なり、
    前記第1の特異的プライマーと前記第2の特異的プライマーは、DNAテンプレートの2本の鎖のうちの一方の鎖に対して設計される、
    ことを特徴とするメチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築する方法。
  2. ステップ(3)において、前記第2の特異的プライマー、前記第2のユニバーサルプライマー及び前記ラベルプライマーが(i)に示すものであり、前記第2の特異的プライマーの5’端は前記第2のユニバーサルプライマーの3’端の一部の配列に重なり、前記ラベルプライマーの3’端は前記第1のユニバーサルプライマーの5’端の一部の配列に重なる、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. ステップ(3)において、前記第2の特異的プライマー、前記第2のユニバーサルプライマー及び前記ラベルプライマーが(ii)に示すものであり、前記第2の特異的プライマーの5’端は前記ラベルプライマーの3’端の一部の配列に重なり、前記第2のユニバーサルプライマーの3’端は前記第1の特異的プライマーの5’端の一部の配列に重なる、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. ステップ(1)は、
    (1-a)重亜硫酸水素塩を使用して前記メチル化されたDNAを処理し、変換されたDNAを取得するステップと、
    (1-b)DNAポリメラーゼと第1のシーケンシングプライマーを使用して、前記変換されたDNAを複製し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAを取得するステップと、をさらに含み、前記第1のシーケンシングプライマーの3’端はA、T、Cから選ばれる6~12個の塩基であり、前記第1のシーケンシングプライマーの5’端はユニバーサル配列である、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. ステップ(1)は、
    (1-1)前記メチル化されたDNAに対して末端修復して塩基Aを追加し、修復されたDNAを取得するステップと、
    (1-2)前記修復されたDNAの少なくとも一端とユニバーサル配列を接続し、ユニバーサル配列付きのDNAを取得するステップと、
    (1-3)重亜硫酸水素塩を使用して前記ユニバーサル配列付きのDNAを処理し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAを取得するステップと、をさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 前記ユニバーサル配列は、修飾されたシーケンシングリンカー配列であり
    記修飾されたシーケンシングリンカー配列は、1本の鎖のシトシンに対してメチル化修飾を行い、1本の鎖のシトシンに対してメチル化修飾を行わ、1本の鎖の3’端の塩基が非ヒドロキシル基によって修飾されたシーケンシングリンカー配列、固定配列とランダム配列付きのシーケンシングリンカー配列、または1本の鎖の3’端の塩基が非ヒドロキシル基によって修飾された固定配列とランダム配列付きのシーケンシングリンカー配列であり、
    記ランダム配列は分子ラベル配列である、ことを特徴とする請求項に記載の方法。
  7. ステップ(1)は、
    ユニバーサル配列が埋め込まれたトランスポザーゼを使用して前記DNAに対して切断と転置処理を行い、ユニバーサル配列付きのDNAを取得するステップと、
    重亜硫酸水素塩を使用して前記ユニバーサル配列付きのDNAを処理し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAを取得するステップと、をさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  8. 前記ユニバーサル配列はトランスポザーゼエフェクター配列またはシーケンシングリンカー付きのTn5トランスポザーゼエフェクター配列であ、ことを特徴とする請求項に記載の方法。
  9. 前記トランスポザーゼエフェクター配列のシトシンはメチル化修飾されたシトシンである、ことを特徴とする請求項8に記載の方法。
  10. ステップ(1)は、
    ユニバーサル配列が埋め込まれたトランスポザーゼを使用して前記DNAのサンプルに対して切断と転置処理を行い、ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するステップと、
    重亜硫酸水素塩を使用して前記ユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを処理し、前記変換されたユニバーサル配列付きのDNAのサンプルを取得するステップと、をさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  11. メチル化されたDNAのメチル化状態を特定する方法であって、
    前記メチル化されたDNAに基づいて、請求項1に記載の方法に従って、シーケンシングライブラリーを構築するステップと、
    前記シーケンシングライブラリーに対してハイスループットシーケンシングを行い、シーケンシング結果を取得するステップと、
    前記シーケンシング結果と参照ゲノムを比較し、前記メチル化されたDNAのメチル化状態を特定するステップと、を含む、ことを特徴とするメチル化されたDNAのメチル化状態を特定する方法。
  12. キットであって、前記キットは、請求項1に記載の方法を使用してメチル化されたDNAの標的領域に基づいてシーケンシングライブラリーを構築することに用いられるものであり、前記キットは、
    メチル化されたDNAの少なくとも一端に接続するためのユニバーサル配列
    SEQ ID NO:23で示されるラベルプライマー
    SEQ ID NO:1で示される第1のユニバーサルプライマー
    SEQ ID NO:22で示される第2のユニバーサルプライマー
    重亜硫酸塩検出試薬
    SEQ ID NO:1~SEQ ID NO:10のいずれか1つで示される第1の特異的プライマーと、
    SEQ ID NO:11~SEQ ID NO:20のいずれか1つで示される第2の特異的プライマーと、を含
    前記ユニバーサル配列は、シーケンシングリンカー配列または固定配列であり、前記シーケンシングリンカー配列または前記固定配列におけるシトシンは、メチル化修飾されたシトシンである、ことを特徴とするキット。
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